Исследование посвящено анализу межвидовой конкуренции мидий Mytilus trossulus и M. edulis в условиях Белого моря. В этот раз были изменены условия проведения эксперимента: мидии получили доступ к мягким тканям друг друга. Нашей целью было показать, как изменится модель их взаимодействия в новых условиях. Было замечено, что в гетероспецифических парах мидии M.trossulus выделяют больше биссусных нитей, чем в гомоспецифических. У M. edulis нет различий в количестве биссуса в гомо и гетороспецифических парах. На основе полученных данных мы можем предположить, что между видами M. trossulus и M. edulis существуют конкурентные взаимодействия: мидии M. trossulus стремятся подавить особь другого вида. Также было отмечено, что в парах, состоящих из мидий M. trossulus, чаще всего встречалось прикрепление биссуса, идущего к стволу биссусных нитей партнера (взаимные нити). Это может свидетельствовать о наличии внутревидовой конкуренции.

Введение

Одним из условий выживания моллюсков семейства Mitilidae в прибрежной зоне является их способность прикрепляться к субстрату посредством биссусных нитей (Lee et al., 1990). Образование нити, имеющей неклеточное белковое строение (Waite, 1983, 1997), в биссусной бороздке ноги происходит по принципу отливки в фильерах (+++вехова 2022 2021 процитировать!!!). При этом аппарат, секретирующий биссусс, несмотря на сохранение единого плана организации, может иметь некоторые особенности строения у разных видов этого семейства (Vekhova, 2019, 2021; Вехова, 2007, 2021).

Известно, мидии могут использовать биссус в качестве оружия (Petraitis, 1987) для борьбы с конкурентами, облепляя поверхность их тел, препятствуя тем самым нормальному функционированию организма конкурента (Khalaman, Lezin 2015). Негативное влияние биссуса было доказано в исследованиях В. М. Хайтова и А. В. Артемьевой (2004) и А. Бритикова (2022). Было показано снижение жизнеспособности брюхоногих моллюсков из-за прикрепления к ним биссусных нитей. Питер Петрайтис с соавторами (Petraitis et al, 1987) описал оборонительное поведение M. edulis в отношении хищных улиток Nucella lapillus. Успех M. edulis в обездвиживании N. lapillus позволяет предположить, что биссусные нити способны обеспечивать защиту от хищников.

Криптические виды, которыми являются мидий Mytilus edulis Linnaeus, 1758 и M. trossulus A. Gould, 1850, имеют пересекающиеся ареалы обитания (Стрелков и др, 2012) и занимают сходные экологические ниши. В их случае принцип Гаузе проявляется в экологической диверсификации по разным экологическим нишам: M.trossulus чаще селятся на водорослях, а M.edulis предпочитают поверхность грунта (Katolikova и др., 2016). Одной из причин расхождения данных видов по микробиотопам может быть вытеснения более слабого конкурента в менее благоприятное местообитание. В последнем случае должны существовать механизмы конкуренции, которые пока не известны.

Изучению возможных механизмов конкуренции двух видов беломорских мидий была посвящена наша прошлая работа (Шеламова, 2022). Тогда были смоделированы условия, в которых мидия имела возможность ощупывать ногой поверхность раковины соседней мидии (но не могла при этом контактировать с мягкими тканями соседа) и приреплять биссусные нити либо к раковине соседа либо к неживому субстрату. Нами было показано, что Mytilus edulis и M. trossulus пользуются разными стратегиями распределения биссусных нитей. M.edulis с большей вероятностью прикрепляются к особям другого вида, а M. trossulus наооборот стремятся прикрепиться к субстрату или к особи своего вида. Так как M. edulis и M.trossulus очень близкие виды и занимают сходные экологические ниши, можно ожидать, что моллюски могут вступать в конкурентные отношения, используя биссус. В таком случае M. edulis имеют преимущество в конкуренции.

Отсутствие контакта с мягкими тканями является менее реалистичной моделью поведения мидий, поэтому, чтобы получить результаты, наиболее полно отражающие действительнось, в данной работе мы построили наш эксперимент так, чтобы моллюски имели доступ к мягким тканям друг друга. Это позволяло обеим мидиям приреплять биссус как к соседу, имея возможность дотянуться до тканей, так и к неживому субстрату. В этой работе мы хотели изучить изменения результатов взаимодействия в данных условиях.

Материал и методика

1.Сбор материала

Сбор материала был проведен в ходе экспедиции Лаборатории экологии морского бентоса (гидробиологии) в августе 2023 г. Мидии для эксперимента были собраны в (+++). После этого моллюски были отмыты от ила и отобраны с помощью теста, предложенного в работе Э.Бюмона с соавторами (Beaumont и др, 2008). Это было необходимо для увеличения вероятности попадания в выборки M.trossulus и M. edulis. Мидии подвергались сжатию в спинно-брюшном направлении: у M.trossulus, обладающих более тонкой раковиной, при этом появляется широкая щель между створками раковины, у M. edulis, обладающих более толстыми створками, такая щель не образуется. Надежное определение вида моллюсков возможно только путем мультилокусного генотипирования (Khaitov et al., 2021), однако как было показано в работе В.М.Хайтова и соавторов (Khaitov et al., 2021) генетически определенный вид коррелирует с так называемым морфотипом мидии. M. edulis и M. trossulus в Белом море различаются по следующему конхологическому признаку: наличием или отсутствием непрерывной полосы призматическогослоя под нимфой лигамента на внутренней стороне раковины. Эта полоса встречается у 74% мидий вида M. trossulus, в то время как у 96% M. edulis этот признак отсутствует. Поэтому мы обозначили мидий, имеющих эту полоску, как Т-морфотип, а те, у которых эта полоска отсутствует, - как Е-морфотип (рис.1).

2.Проведение эксперимента

Для проведения эксперимента было подготовлено 19 керамических пластин (размер). Поверхность, не покрытая эмалью, была зачищена наждачной бумагой. На эту сторону пластины маркером были нанесены метки, располагвшиеся на расстоянии 1 см друг от друга. Эти метки использовались для размещения экспериментальных моллюсков. Мидии были закреплены брюшными сторонами, направленными друг к другу, так, чтобы расстояние между особями составляло 1 см. Закрепление моллюсков осуществляли с помощью циан-акрилатного гель-клея (“тм Момент”). Для этого раковину протирали бумажным полотенцеми наносили на нее каплю клея. После этого моллюска прижимали к пластине на несколько секунд. Сифональные края всех моллюсков были ориентированы в одну сторону. Всего к одной пластине крепились восемь мидий.Оба моллюска имели возможность ощупывать друг друга ногой и выделять биссусные нити как к раковине соседа, так и к субстрату. На пластине располагались чертыре пары мидий в разных сочетаниях морфотипов, предположительно определенных по признаку Бюмона: TT, TE, ET, EE. Всего было изготовлено четыре варианта пластин, различающихся по чередованию типов пар мидий.

Сразу после приклеивания всех пар моллюсков керамическую плитку оставляли в ведре со свежей морской водой. После изготовления четырех пластин, они были закреплены стяжками в пластиковом решетчатом садке (рис.+++), который был закрыт решетчатой крышкой. Перед закрытием крышки с помощью скальпеля были разрезаны все биссусные нити, которые мидии могли образовать за время подготовки экспериментального садка. Далее садки были зафиксированы металлическими шурупами на деревянной доске с прикрепленными к ней кирпичами. Эта система из пяти садков была установлена в литоральной луже в акватории Южной губы (Рис. +++). Первый садок, состоящий из трех пластин был снят через 4 дня после постановки эксперимента. Еще два садка(8 пластин) - через 5 дней, и оставшиеся(всего 8 пластин) - через 7 дней.

По истечении срока экспозиции были подсчитаны биссусные нити, которые выделили обе мидии в паре. Подсчет проходил под бинокуляром. При этом препаровальной иглой отделяли одну нить (если нити слипались, воду между ними выдували) и после учета этой нити, ее разрывали. Учитывалось к какому объекту идет каждая из нитей (к пластине или к раковине соседней мидии). При обработке эксперимента было замечено прикрепление биссуса, идущего к стволу биссусных нитей партнера (рис. +++). Невозможно было отличить, к кому прикреплялись данные нити, поэтому их мы обозначили, как взаимные. Количество взаимных нитей мы не учитывали, а просто отмечали их наличие.

После подсчетов нитей моллюсков отделяли от субстрата и удаляли мягкие ткани, а раковины маркировали и высушивали. На сухих створках определяли морфотип мидий (рис.+++). Если на внутренней поверхности раковины в районе нимфы лигамента находили непрерывную полосу призматического слоя, то такую мидию считали Т-морфотипом, а если этот признак обнаружить не удавалось, перламутровый слой закрывал призматический слой и вплотную подходил к нимфе лигамента, мидию относили к Е-морфотипу. Если оказывалось, что предполагаемый морфотип хотя бы одной мидии в паре не соответствовал определенному, то такие пары мидий не учитывались в дальнейшем анализе. Всего было изученно четыре типа пар: EE (+ пар), ET (+ пар), TT(+ пар).

3. Статистическая обработка

В анализе мы использовали три типа переменных отклика. Во-первых, это количество биссусных нитей. Во-вторых, мы анализировали долю нитей, идущих от мидии к раковине партнера, в общей сумме нитей, выделенных данной особью. Наконец, мы анализировали частоту взаимного биссуса в парах разного типа. Для анализа двух мидий из одной пары мы обозначали, как мидия A (особь, располагающаяся слева) и мидия B (особь справа).

Для описания результатов был введено два термина: гомоспецифические и гетероспецифические пары. Гомоспецифическими являлись пары, у которых морфотипы соседних мидий были одинаковые: ЕЕ, ТТ. А гетероспецифическими - пары с разными морфотипами – ЕТ, ТЕ, которые мы объединили в одну (ET) из-за отсутствия различий между ними.

Для множественного сравнения трех типов пар мы применяли однофакторный дисперсионный анализ. После него было проведено попарное сравнение средних с помощью критерия Тьюки.

Изложение результатов

  1. Общее количество биссусных нитей

Для особей A и B, которые различаются лишь формально по своему положению относительно друг друга, были построены бокс-плоты (рис. +++, I, II), отражающие общее количество биссусных нитей, произведнных моллюсками в той или иной комбинции. Заметно, что мидии Е-морфотипа выделяют меньше биссуса, чем мидии T-морфотипа. Вторая закономерность заключается в том, что в парах ET мидии T-морфотипа выделяют больше биссусных нитей, чем в парах TT. (я выделила два повторяющихся предложения. так и надо, чтобо их было два?..)

Для статистического анализа связи количества биссусных нитей с тем, в какой комбинации находились мидии пары были разделены на гетероспецифические (ET) и гомоспецифические (EE и TT). Дисперсионный анализ (Табл. +++) показал, что для особей A статистически значимыми факторами оказываются морфотип и тип пары (взаимодействие факторов не выявлено). Для особей B(Табл. +++) значимо воздействие морфотипа и взаимодействие морфотипа с типом пары.

Для попарного сравнения был применен критерий Тьюки (Табл +++, табл. +++), который показал, что в гетероспецифических парах у мидий морфотипа T выделяется большее количество биссуса, чем у мидий того же морфотипа в гомоспецифических парах, как для мидии A, так для мидии B (Рис. III и IV). Различия количества выделяемого биссуса мидиями Е-морфотипа оказывается незначимым в гомо и в гетероспецифических парах.

## Загрузка требуемого пакета: carData
## 
## Присоединяю пакет: 'car'
## Следующий объект скрыт от 'package:dplyr':
## 
##     recode
Таблица ++. Результаты дисперсионного анализа зависимости общего количества биссусных нитей от типа пары и морфотипа мидий A (особь распологавшаяся слева в паре).
term sumsq df statistic p.value
Morph_A 978.5511 1 9.393680 0.0032221
Type 1012.5732 1 9.720277 0.0027626
Morph_A:Type 330.2154 1 3.169929 0.0799053
Residuals 6458.6159 62 NA NA
Таблица +. Результаты попарного сравнения с помощью критерия Тьюки для мидий A.
term contrast estimate adj.p.value
Morph_A t-e 8.4448529 0.0013404
Type Homospecific-Heterospecific -7.8055188 0.0028669
Morph_A:Type t:Heterospecific-e:Heterospecific 12.3450980 0.0060753
Morph_A:Type e:Homospecific-e:Heterospecific -3.4877193 0.7560117
Morph_A:Type t:Homospecific-e:Heterospecific -0.1333333 0.9999834
Morph_A:Type e:Homospecific-t:Heterospecific -15.8328173 0.0001047
Morph_A:Type t:Homospecific-t:Heterospecific -12.4784314 0.0054406
Morph_A:Type t:Homospecific-e:Homospecific 3.3543860 0.7771654
Таблица ++. Результаты дисперсионного анализа зависимости общего количества биссусных нитей от типа пары и морфотипа мидий B (особь распологавшаяся справа в паре).
term sumsq df statistic p.value
Morph_B 2035.3831 1 27.825957 0.0000018
Type 142.9646 1 1.954486 0.1670859
Morph_B:Type 820.7651 1 11.220774 0.0013805
Residuals 4535.1092 62 NA NA
Таблица +. Результаты попарного сравнения с помощью критерия Тьюки для мидий B.
term contrast estimate adj.p.value
Morph_B t-e 11.238889 0.0000015
Type Homospecific-Heterospecific -2.943781 0.1672460
Morph_B:Type t:Heterospecific-e:Heterospecific 18.423529 0.0000005
Morph_B:Type e:Homospecific-e:Heterospecific 3.507740 0.6113164
Morph_B:Type t:Homospecific-e:Heterospecific 7.756863 0.0605817
Morph_B:Type e:Homospecific-t:Heterospecific -14.915790 0.0000243
Morph_B:Type t:Homospecific-t:Heterospecific -10.666667 0.0060546
Morph_B:Type t:Homospecific-e:Homospecific 4.249123 0.4806474
Рисунок +++. Количество биссусных нитей в разных типах пар. Пары ЕТ и ТЕ объединены в гетероспецифические, а TT и EE - в гомоспецифические. Статистически значимые различия отражены на графиках разными буквами (a и b), незначимые - одинаковыми. Графики соответствуют особям A и B. Горизонтальные линии отражают медианы. Границы “ящика” соответствуют 1-му и 3-му квартилям. Усы отражают 1.5 межквартильных расстояний. Горизонтальная пунктирная линия обозначает среднее значение всей выборки.

Рисунок +++. Количество биссусных нитей в разных типах пар. Пары ЕТ и ТЕ объединены в гетероспецифические, а TT и EE - в гомоспецифические. Статистически значимые различия отражены на графиках разными буквами (a и b), незначимые - одинаковыми. Графики соответствуют особям A и B. Горизонтальные линии отражают медианы. Границы “ящика” соответствуют 1-му и 3-му квартилям. Усы отражают 1.5 межквартильных расстояний. Горизонтальная пунктирная линия обозначает среднее значение всей выборки.

  1. Доля биссусных нитей

Для особей A и B, которые различаются лишь формально по своему положению относительно друг друга, были построены бокс-плоты (Рис. +++), отражающие долю биссусных нитей, произведнных моллюсками в той или иной паре.

Дисперсионный анализ не выявил статистически значимых различий у особей А (Табл. +++). Для особей B(Табл. +++) значимо взаимодействие морфотипа с типом пары.

Для попарного сравнения был применен критерий ТЬюки (Табл +++, табл. +++), который не выявил статистически значимых различий как у мидии А, так и у мидии В.

Таблица ++. Результаты дисперсионного анализа зависимости доли биссусных нитей от типа пары и морфотипа мидий A (особь распологавшаяся слева в паре).
term sumsq df statistic p.value
Morph_A 0.2988966 1 2.3869564 0.1274410
Type 0.2156976 1 1.7225379 0.1942047
Morph_A:Type 0.0145591 1 0.1162671 0.7342718
Residuals 7.7636898 62 NA NA
Таблица +. Результаты попарного сравнения с помощью критерия Тьюки для мидий A.
term contrast estimate adj.p.value
Morph_A t-e 0.1455486 0.0999643
Type Homospecific-Heterospecific -0.1139229 0.1959991
Morph_A:Type t:Heterospecific-e:Heterospecific 0.1045990 0.8378866
Morph_A:Type e:Homospecific-e:Heterospecific -0.1439489 0.6430380
Morph_A:Type t:Homospecific-e:Heterospecific 0.0203484 0.9985941
Morph_A:Type e:Homospecific-t:Heterospecific -0.2485479 0.1632364
Morph_A:Type t:Homospecific-t:Heterospecific -0.0842506 0.9072364
Morph_A:Type t:Homospecific-e:Homospecific 0.1642973 0.5387420
Таблица ++. Результаты дисперсионного анализа зависимости доли биссусных нитей от типа пары и морфотипа мидий B (особь распологавшаяся справа в паре).
term sumsq df statistic p.value
Morph_B 0.0162681 1 0.1912062 0.6634340
Type 0.0365902 1 0.4300606 0.5143855
Morph_B:Type 0.3836178 1 4.5088275 0.0377186
Residuals 5.2750531 62 NA NA
Таблица +. Результаты попарного сравнения с помощью критерия Тьюки для мидий B.
term contrast estimate adj.p.value
Morph_B t-e 0.0328516 0.6502728
Type Homospecific-Heterospecific -0.0470949 0.5145461
Morph_B:Type t:Heterospecific-e:Heterospecific -0.1255531 0.6197332
Morph_B:Type e:Homospecific-e:Heterospecific -0.1866566 0.2316550
Morph_B:Type t:Homospecific-e:Heterospecific -0.0057701 0.9999368
Morph_B:Type e:Homospecific-t:Heterospecific -0.0611035 0.9296397
Morph_B:Type t:Homospecific-t:Heterospecific 0.1197830 0.6758504
Morph_B:Type t:Homospecific-e:Homospecific 0.1808865 0.2852757

  1. Частота взаимного биссуса

При подсчете биссуса были обнаружены нити, идущие к стволу биссусных нитей мидии-партнера. Вскрытие показало, что нити идут от одной биссусный железы к другой. При этом невозможно было определить, какой моллюск является донором, а какой - акцептором.

Рисунок +++. Две мидии, связанные “взаимным” биссусом. A. Внешний вид моллюсков, связанных взаимным биссусом. B. Вскрытые мидии.
Рисунок +++. Две мидии, связанные “взаимным” биссусом. A. Внешний вид моллюсков, связанных взаимным биссусом. B. Вскрытые мидии.

Для анализа частоты встречаемости взаимного биссуса в парах разного состава был построен график (Рис. +++). В гомоспецифической паре ТТ наиболее часто встречался взаимный биссус, а в паре ЕЕ реже всего. Пара ЕТ имеет промежуточное значение частоты взаимного биссуса.

Обсуждение

Строение нити отражает морфологические адаптации, направленные на улучшение физической стабильности моллюска на поверхности или в верхних слоях субстрата. (Вехова, 2007). У криптических видов Mytilus edulis и M.trossulus есть диверсификации по разным экологическим нишам, проявляющиеся в предпочтении разных субстратов. Следовательно, биссусные нити могут различаться не только по строению, но и по выполняемым функциям.

В предыдущей работе мы показали, что мидии Mytilus edulis и M.trossulus могут вступать в конкурентные взаимоотношения, используя биссусные нити. Для большей достоверности данных было решено изменить условия эксперимента, предоставив мидиям доступ к мягким тканям друг друга.

Тогда было показано, что M. trossulus выделяют больше биссусных нитей, чем M.edulis, независимо от своего окружения. Однако данные виды моллюсков по-разному распределяют биссус. Мидии M.edulis предпочитают прикрепляются к особям другого вида, а M. trossulus наооборот - к субстрату или к особи своего вида.

В новой работе с принципиальным различием в виде возможности контакта с мягкими тканями были получены другие результаты. Данные анализа количества биссусных нитей показывают, что мидии могут различать вид соседей. Мидии Т-морфотипа (с высокой вероятностью M.trossulus) выделяют больше биссуса, чем мидии Е-морфотипа (M. edulis). Это соответствует данным нашей предыдущей работы. Также было замечено, что в гетероспецифических парах мидии M.trossulus выделяют больше биссусных нитей, чем в гомоспецифических. У M. edulis нет различий в количестве биссуса в гомо и гетороспецифических парах. Эта закономерность не прослеживалась в прошлой работе. Возможно, из-за более суровых условий взаимодействия в паре изменились. Данная реакция может свидетельствовать о наличии конкурентной реакции у мидий M.trossulus в межвидовых взаимодействиях.

Анализ доли биссусных нитей никаких значимых зависимостей не выявил.

Взаимный биссус, редкий для пар ЕЕ, преобладал в парах ТТ. В парах ЕТ частота взаимного биссуса имеет промежуточное значение. Скорее всего, стратегия выработки взаимного биссуса свойственна именно мидиям M.trossulus. Это может говорить о механизме внутривидовой конкуренции мидий M.trossulus в гомоспецифических парах и межвидовой в гетероспецифических. Но есть вероятность, что это просто особенность прикрепления, наиболее часто встречающаяся у мидий M.trossulus.

Так как Mytilus edulis и M.trossulus занимают сходные экологические ниши, возникают конкурентные взаимоотношения, оружием в которых являются биссусные нити.

Благодарности

Хотелось бы выразить благодарность Кандалакшскому государственному природному заповеднику за предоставленную возможность сбора материала, а также моему научному руководителю Вадиму Михайловичу Хайтову за его неоценимую помощь. Большое спасибо всей команде LVII Беломорской экспедиции за помощь в обработке эксперимента.

Список литературы

Lee, C. Y., Lim, S. S., & Owen, M. D. (1990). The rate and strength of byssal reattachment by blue mussels (Mytilus edulis L.). Canadian journal of zoology, 68(9), 2005-2009.

WAITE, J. H. (1983). Adhesion in byssally attached bivalves. Biological Reviews, 58(2), 209-231.

Waite, H. (1997). Marine bioadhesion: Unravelling the chemistry. 日本接着学会誌= Journal of the Adhesion Society of Japan: adhesion, 33(5), 186-190.

Вехова, Е. Е. (2007). Сравнительная морфология биссусных нитей трех представителей семейства Mytilidae (Bivalvia) из Японского моря. Зоологический журнал, 86(2), 154-162.

Вехова, Е. Е. (2019). Адаптивная морфология биссуса у Mytilus coruscus, Crenomytilus grayanus и Modiolus modiolus (Mytilidae, Bivalvia) из Японского моря. Зоологический журнал, 98(3), 245-259.

Petraitis, P. S. (1987). Immobilization of the predatory gastropod, Nucella lapillus, by its prey, Mytilus edulis. The Biological Bulletin, 172(3), 307-31

Khalaman, V. V., & Lezin, P. A. (2015). Clumping behavior and byssus production as strategies for substrate competition in Mytilus edulis. Invertebrate biology, 134(1), 38-47

Хайтов, В. М., & Артемьева, А. В. (2004). О взаимоотношениях двустворчатых моллюсков Mytilus edulis и гастропод Hydrobia ulvae на литорали Долгой губы о-ва Большого Соловецкого (Онежский залив Белого моря). Biological Communications,

Бритиков, А. Эколого-биологический центр “Крестовский остров” Лаборатория Экологии Морского Бентоса (гидробиологии).

Стрелков, П. П., Хайтов, В. М., & Католикова, М. В. (2012). Голубые ракушки. Природа, (6), 51-56.

Katolikova, M., Khaitov, V., Väinölä, R., Gantsevich, M., & Strelkov, P. (2016). Genetic, ecological and morphological distinctness of the blue mussels Mytilus trossulus Gould and M. edulis L. in the White Sea. PLoS One, 11(4), e0152963.

Beaumont, A. R., Hawkins, M. P., Doig, F. L., Davies, I. M., & Snow, M. (2008). Three species of Mytilus and their hybrids identified in a Scottish Loch: natives, relicts and invaders?. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 367(2), 100-110.

Khaitov, V., Marchenko, J., Katolikova, M., Väinölä, R., Kingston, S. E., Carlon, D. B., … & Strelkov, P. (2021). Species identification based on a semi-diagnostic marker: Evaluation of a simple conchological test for distinguishing blue mussels Mytilus edulis L. and M. trossulus Gould. Plos one, 16(7), e0249587.